毕业设计（论文）-基于MSP430F149单片机的两轮自平衡小车的设计与研究.docVIP

基于MSP430F149单片机的两轮自平衡小车的设计与研究 摘 要 两轮自平衡小车类似于传统的倒立摆，其本身是不稳定的，必须施加强有力的控制手段才能使之稳定，是研究各种控制方法的一个理想平台。其工作原理是系统通过陀螺仪和加速度传感器整合出当前车身较精确的与垂直方向的偏角和小车的运行加速度，利用光电编码器测得当前运行速度。依据运动学原理，通过微控制器计算出适当的数据，输出相应占空比的PWM波形驱动电机以适当的速度运行，从而来维持车体的平衡。本文选用MSP430F149单片机为控制器，光电编码器来测得车体当前速度，MPU-6050测得车体的角加速度和运行加速度，并通过带有减速器的直流电机实现小车的平衡控制。 关键词：两轮自平衡小车，陀螺仪，加速度计，MSP430F149，光电编码器，PWM ABSTRACT Two-wheeled self-balancing car is similar to that of a traditional inverted pendulum, which itself is not stable whom must be exerted strong control to make .It is an ideal platform for the research of various control methods. Its working principle is through the system of gyro and acceleration sensor integrated operation of the body of vehicle acceleration accurately and the angle, measured its speed by the photoelectric encoder. Through the single-chip microprocessor to calculate the appropriate data based on kinematics, and output the corresponding PWM waveform to drive motor running at an appropriate rate in order to maintain body balance. This paper chooses MSP430F149 MCU as the controller, photoelectric encoder to measure the velocity, MPU-6050 as the gyro and acceleration sensor, and the DC motor with reducer to realize the control system of car. Keywords: gyroscope, accelerometer, MSP430F149, photoelectric encoder, PWM，self-balanced two-wheel vehicle 目录 2 自平衡小车自平衡设计原理 1 2.1 自平衡小车直立控制 1 2.2 自平衡小车速度控制 3 2.3自平衡小车倾角的测量 6 2.4总控制流程图 8 3 自平衡小车硬件电路的设计 8 3.1 MSP430F149单片机最小系统 8 3.2电机驱动电路 9 3.3 MPU6050电路 10 3.4 供电电源电路 11 4 自平衡小车软件分析设计 11 4.1 系统程序结构分析 11 4.2 IIC通信程序设计 12 4.3 计数程序设计 14 4.4 PID调节器程序设计 15 4.4 卡尔曼滤波器程 16 5 结论 17 参考文献 18 致 谢 19 1 引言 近年来，两轮自平衡电动车以其行走灵活、便利、节能等特点得到了很大的发展。国内外有很多这方面的研究，也有相应的产品。两轮自平衡小车是仿照两轮自平衡电动车来设计的，它越来越受大学生、研究生所推崇。对于各大学设定的课程中，偏重于理论知识的学习，比如：自动化专业课程里设定的《自动控制原理》、《电机拖动》、《现代控制理论》、《单片机原理与设计》、《计算机控制系统》、《电力拖动自动控制系统》，《微机原理》等，过多理论知识的讲解，即使有相当一部分侧重于实用，但是仍然让大部分实践经验极度匮乏的大学生学习起来相当的困难，难以理解具体工程实践的运用，从而使越来越多的学生失去了对知识探索的兴趣。而两轮自平衡小车的制作和控制方案的设计，不仅能够提高学生的动手能力、创新能力和接受挑战的能力，还可以对课本上的理论知识进行系统、深入的理解与运用。 对两轮自平衡小车的设计与研